一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法

摘要

本发明涉及燃气涡轮发动机高温零部件用高温可磨耗封严涂层领域，具体为一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法。采用三层涂层体系，包括NiCrAlY底层、含氧化锆和复合氧化锆混合中间层、复合氧化锆面层，实现高温部件的气路封严；其中，中间层材料为该体系的梯度过渡，提升涂层的整体性能。本发明对发动机高温部件采用等离子喷涂工艺方法制备三层复合氧化锆高温封严涂层体系，采用本发明制备的涂层结合强度、硬度、热震性能均能满足封严涂层的性能要求，涂层满足高温零部件(1100℃以下)封严部位的使用需求，实现稳定批量生产。

权利要求

1.一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法，其特征在于，采用三层涂层体系，包括NiCrAlY底层、含氧化锆和复合氧化锆混合中间层、复合氧化锆面层，实现高温部件的气路封严；其中，中间层材料为该体系的梯度过渡，提升涂层的整体性能，具体步骤如下：

1)除油、清理；

2)吹砂；

3)喷涂NiCrAlY底层，厚度为0.1～0.2mm；

4)喷涂含氧化锆粉末和复合氧化锆粉末的混合粉末，形成中间层；含氧化锆粉末和复合氧化锆粉末的质量比1:1的混合粉末，中间层厚度0.2～0.4mm；其中，含氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末，Y2O3质量占8％；复合氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末、ZrO2·20MgO粉末、Al2O3·3TiO2粉末的混合粉末，质量分数分别为ZrO2·8Y2O3粉末60％、ZrO2·20MgO粉末

30％、Al2O3·3TiO2粉末10％；

5)喷涂复合氧化锆面层；其中，复合氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末、ZrO2·20MgO粉末、Al2O3·3TiO2粉末的混合粉末，质量分数分别为ZrO2·8Y2O3粉末60％、ZrO2·20MgO粉末

30％、Al2O3·3TiO2粉末10％，面层厚度0.4～0.6mm；

6)清理涂层；

7)硬度检查及金相分析。

说明书

一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气涡轮发动机高温零部件用高温可磨耗封严涂层领域，具体为一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法。

背景技术

[0002] 高温可磨耗封严涂层有两种，一种以Ni基材料为骨架，一种以陶瓷基材料为骨架。采用此涂层体系可实现高温部位的气路封严作用，提高发动机的工作效率，降低油耗，提高发动机的使用寿命。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法，采用等离子喷涂工艺方法在高温部件制备以陶瓷基材料为骨架的三层复合氧化锆高温封严涂层，涂层性能达到封严涂层的性能要求，且实现稳定批量生产。

[0004] 本发明的技术方案是：

[0005] 一种复合氧化锆高温封严涂层制备方法，采用三层涂层体系，包括NiCrAlY底层、含氧化锆和复合氧化锆混合中间层、复合氧化锆面层，实现高温部件的气路封严；其中，中间层材料为该体系的梯度过渡，提升涂层的整体性能。

[0006] 所述的复合氧化锆高温封严涂层制备方法，具体步骤如下：

[0007] 1)除油、清理；

[0008] 2)吹砂；

[0009] 3)喷涂NiCrAlY底层，厚度为0.10～0.20mm；

[0010] 4)喷涂含氧化锆粉末和复合氧化锆粉末的混合粉末，形成中间层；含氧化锆粉末和复合氧化锆粉末的质量比1:1的混合粉末，中间层厚度0.2～0.4mm；其中，含氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末，Y2O3质量占8％；复合氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末、ZrO2·20MgO粉末、Al2O3·3TiO2粉末的混合粉末，质量分数分别为ZrO2·8Y2O3粉末60％、ZrO2·20MgO粉末30％、Al2O3·3TiO2粉末10％；

[0011] 5)喷涂复合氧化锆面层；其中，复合氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末、ZrO2·20MgO粉末、Al2O3·3TiO2粉末的混合粉末，质量分数分别为ZrO2·8Y2O3粉末60％、ZrO2·20MgO粉末30％、Al2O3·3TiO2粉末10％，面层厚度0.4～0.6mm；

[0012] 6)清理涂层；

[0013] 7)硬度检查及金相分析。

[0014] 本发明的优点及有益效果是：

[0015] 1、本发明采用等离子喷涂设备开展等离子喷涂制备复合氧化锆高温可磨耗封严涂层工艺试验，包括NiCrAlY底层、氧化锆和复合氧化锆混合中间层、复合氧化锆面层，并对涂层性能进行测试，通过调整各项喷涂工艺参数，使涂层性能达到使用要求。

[0016] 2、本发明用于高温部件的复合氧化锆高温封严涂层制备工艺方法，在高温部件上制备以陶瓷基材料为骨架的复合氧化锆高温封严涂层，可实现高温部位的气路封严作用，提高发动机的工作效率，降低油耗，提高发动机的使用寿命，实现该零件的稳定批量生产，并可扩展至其他高温零部件(1100℃以下)封严部位的使用，具有广阔的应用前景。

附图说明

[0017] 图1三层复合氧化锆封严涂层体系金相组织形貌。图中，1面层；2中间层；3底层。

具体实施方式

[0018] 在具体实施过程中，本发明对高温部件进行高温封严涂层的制备工艺流程如下：

[0019] 1)除油、清理；

[0020] 2)吹砂；

[0021] 3)喷涂NiCrAlY底层，厚度为0.1～0.2mm；

[0022] 4)喷涂含氧化锆粉末和复合氧化锆粉末的混合粉末，形成中间层；含氧化锆粉末和复合氧化锆粉末的质量比1:1的混合粉末，中间层厚度0.2～0.4mm；其中，含氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末，Y2O3质量占8％。复合氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末、ZrO2·20MgO粉末、Al2O3·3TiO2粉末的混合粉末，质量分数分别为ZrO2·8Y2O3粉末60％、ZrO2·20MgO粉末30％、Al2O3·3TiO2粉末10％；

[0023] 5)喷涂复合氧化锆面层；其中，复合氧化锆粉末为ZrO2·8Y2O3粉末、ZrO2·20MgO粉末、Al2O3·3TiO2粉末的混合粉末，质量分数分别为ZrO2·8Y2O3粉末60％、ZrO2·20MgO粉末30％、Al2O3·3TiO2粉末10％，面层厚度0.4～0.6mm；

[0024] 6)清理涂层；

[0025] 7)硬度检查及金相分析。

[0026] 为了更好提升涂层的结合强度，在底层和面层之间喷涂氧化锆和复合氧化锆混合中间层，实现梯度过渡，提升涂层整体质量。如图1所示，制备的涂层金相组织由上至下依次为面层1、中间层2、底层3。

[0027] 本发明中，送粉器刮板中常用的L型、NL型和601型，分别代表送粉器刮板的型号，主要区别在于送粉槽的深度不同，在相同送粉器转数及时间内，输送的粉末体积不同，从而送粉质量不同，其中L型最浅，送粉质量最小，601最深，送粉质量最大。

[0028] 制备NiCrAlY及中间层的工艺参数见表1。

[0029] 表1 NiCrAlY及中间层的工艺参数

[0030]

[0031] 采用L、NL和601型号送粉器刮板，对LG236粉末进行送粉质量测试，结果见表2。可见，三种送粉器刮板相比较，同等转盘速率下，601型号送粉质量较大。

[0032] 表2 L、NL和601型号送粉器刮板送粉质量测试结果

[0033]

[0034] 601型号送粉器刮板能加大送粉质量，从而使得涂层硬度下降，满足封严涂层要求。

[0035] 选用601型号送粉器刮板，选择不同的工艺参数对LG236粉末进行喷涂试验以及涂层性能测试，结果见表3。

[0036] 表3 601型号送粉器刮板喷涂涂层性能对比

[0037]

[0038] 由表3可见：

[0039] (1)送粉质量对涂层硬度起到重要的影响，提高送粉质量，涂层硬度达到封严涂层要求。

[0040] (2)序号1工艺参数制备的涂层结合强度不满足要求，序号2和3的工艺参数满足要求，因此送粉质量和燃流功率需对应。只增大送粉质量，容易导致粉末熔化较差，未熔颗粒增多，涂层结合力降低甚至丧失。

[0041] 在本实施例中，高温部件与叶片为摩擦副，叶尖间隙每减少0.254mm，燃油消耗率约降低1％，排气温度约减少10℃，明显提高发动机的工作效率，提高发动机的使用寿命。

[0042] 实施例结果表明，本发明对发动机高温合金部件采用等离子喷涂工艺方法制备三层复合氧化锆高温封严涂层体系，采用本发明制备的涂层结合强度、硬度、热震性能均能满足封严涂层的性能要求，涂层满足高温零部件(1100℃以下)封严部位的使用需求，实现稳定批量生产。